專利名稱：一種近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的制備方法，特別是高光學(xué)均勻性的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的制備方法。
背景技術(shù)：
由于按照分子式化學(xué)計(jì)量配比的鈮酸鋰晶體不是固液同成分共熔，即鈮離子物質(zhì)的量與鋰離子物質(zhì)的量之比[Nb] : [Li]=l的鈮酸鋰熔體， 結(jié)晶出來的固體成分與熔體成分不一致，其[Nb] :[Li]>l，從而使熔體的成分不斷發(fā)生變化，結(jié)晶的固體成分也不斷發(fā)生變化。因此難以得到成分均勻的鈮酸鋰晶體。固液同成分共熔配比的鈮酸鋰晶體為[Li]/[Li+Nb]約為48. 6%，即鈮酸鋰晶體中鋰離子物質(zhì)的量與鋰離子和鈮離子物質(zhì)的量總和之比為48. 6%，這種鈮酸鋰晶體通常被稱為同成分鈮酸鋰晶體。而[Li]/[Li+Nb]接近50%的鈮酸鋰晶體，組分接近化學(xué)計(jì)量配比，通常被稱為近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體。為了得到成分均勻的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體，現(xiàn)在采用的技術(shù)有以下幾種I、助熔劑法。在化學(xué)計(jì)量比配比的鈮酸鋰原料中添加氧化鉀作為助熔劑，然后從熔體中結(jié)晶得到近化學(xué)計(jì)量比配比的鈮酸鋰晶體。但助熔劑加入量很大，使得晶體生長(zhǎng)時(shí)生長(zhǎng)界面需要進(jìn)行充分的擴(kuò)散，因此生長(zhǎng)速度緩慢，且晶體光學(xué)質(zhì)量差，容易產(chǎn)生包裹體等，實(shí)用價(jià)值較低。2、富鋰熔體生長(zhǎng)法。在晶體生長(zhǎng)時(shí)，利用富鋰的熔體直接生長(zhǎng)近化學(xué)計(jì)量比的鈮酸鋰晶體。隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行，往熔體中補(bǔ)充與生長(zhǎng)晶體等量的近化學(xué)計(jì)量比配比的原料，使熔體的成分維持不變。這種方法需要精確稱量生長(zhǎng)的晶體重量，然后根據(jù)晶體生長(zhǎng)的重量往熔體中連續(xù)添加原料，因此技術(shù)難度很高，設(shè)備復(fù)雜，成品率低，成本高昂。3、擴(kuò)散法。目前的擴(kuò)散法是將缺鋰的鈮酸鋰晶體放入由氧化鋰與氧化鈮燒制的陶瓷中，通過高溫下的氣相擴(kuò)散，使鈮酸鋰晶體鋰的含量增加，從而得到成分均勻的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體。該方法工藝較復(fù)雜，富鋰原料難以重復(fù)利用，擴(kuò)散速度慢。4、其它方法。包括區(qū)熔法、坩堝下降法等，但都局限于研究階段，尚未達(dá)到實(shí)用地
止/J/ O上述方法中，擴(kuò)散法可以制備出高光學(xué)均勻性的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體，但該方法的主要問題是擴(kuò)散速度緩慢，使得擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)，難以制備尺寸較厚的晶體，同時(shí)其成本也較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有擴(kuò)散法存在的擴(kuò)散速度慢、成本高的問題，提供一種制備高光學(xué)均勻性近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的方法。本發(fā)明方法的技術(shù)方案是將缺鋰鈮酸鋰晶體的一側(cè)與碳酸鋰質(zhì)量含量為23°/Γ45%的碳酸鋰和余量的五氧化二鈮混合物經(jīng)升溫、熔化、降溫結(jié)晶、粉碎，得到粒度為O. OlmnTO. 5mm的富鋰多晶粉末A接觸，另一側(cè)與碳酸鋰質(zhì)量含量為109Γ18%的碳酸鋰和余量的五氧化二鈮混合物經(jīng)升溫、熔化、降溫結(jié)晶、粉碎，得到粒度為O. OlmnTO. 5mm的貧鋰多晶粉末B接觸，然后將晶體與多晶粉末一起放入坩堝中，將坩堝放入高溫爐在100(Tl 150°C溫度下進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，即可獲得近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體。本發(fā)明方法的具體實(shí)施經(jīng)過如下步驟I.制備富鋰多晶粉末A :根據(jù)需要制備的粉末的質(zhì)量，按照碳酸鋰質(zhì)量含量為239Γ45%的比例，分別計(jì)算、稱量出所需的高純碳酸鋰粉末和余量的高純五氧化二鈮粉末，然后混合均勻，放入鉬坩堝中加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為富鋰多晶粉末A。這樣合成的富鋰多晶粉末A為L(zhǎng)iNbO3和Li3NbO4的混合物。2.制備貧鋰多晶粉末B :根據(jù)需要制備的粉末的質(zhì)量，按照碳酸鋰質(zhì)量含量為、109Γ18%的比例，分別計(jì)算、稱量出所需的高純碳酸鋰粉末和余量的高純五氧化二鈮粉末，然后混合均勻，放入鉬坩堝中加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5_的部分作為貧鋰多晶粉末B。這樣合成的貧鋰多晶粉末B為L(zhǎng)iNbO3和LiNb3O4的混合物。3.裝料將富鋰多晶粉末A放入剛玉坩堝底部，將待擴(kuò)散的缺鋰鈮酸鋰晶體放在富鋰多晶粉末A的上面，晶體的周圍裸露的粉末用鉬金片覆蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，無須密封。4.擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為ioo(Tii5(rc，擴(kuò)散時(shí)間根據(jù)擴(kuò)散溫度和晶體的厚度確定，擴(kuò)散溫度越高、晶體厚度越小需要的擴(kuò)散時(shí)間越短，反之需要的擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶體和下部富裡多晶粉末A。所述的缺鋰的鈮酸鋰晶體氧化鋰含量低于化學(xué)計(jì)量配比，即氧化鋰的質(zhì)量含量低于 10. 11%。所述的坩堝是剛玉坩堝或其它耐高溫且高溫下不與多晶粉末反應(yīng)的坩堝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明提供的制備近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的方法，也是采用擴(kuò)散法，但與傳統(tǒng)的擴(kuò)散方法相比，其區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)是(I)根據(jù)發(fā)明人的研究，缺鋰的鈮酸鋰晶體內(nèi)存在大量的鋰空位和反位鈮本征缺陷，在鋰向晶體內(nèi)部擴(kuò)散時(shí)，晶體內(nèi)部的鋰空位被擴(kuò)散進(jìn)來的鋰填充，而反位鈮將通過與本征缺陷的交換擴(kuò)散遷移出晶體內(nèi)部，反位鈮的擴(kuò)散速度與本征缺陷數(shù)量相關(guān)聯(lián)，且反位鈮的遷移速度制約了整個(gè)擴(kuò)散的速度。傳統(tǒng)的擴(kuò)散法實(shí)施時(shí)，待擴(kuò)散晶體周圍均處于富鋰氣氛中，晶體表層將很快達(dá)到近化學(xué)計(jì)量配比組分，本征缺陷急劇降低，因此反位鈮遷移出晶體內(nèi)部的速度受到限制。而本發(fā)明中待擴(kuò)散晶體的一側(cè)與鋰含量較高的富鋰多晶粉末A接觸，晶體相對(duì)的另一側(cè)與鋰含量較低的貧鋰多晶粉末B接觸，將為反位鈮的擴(kuò)散提供一個(gè)速度較快的擴(kuò)散通道，可以大幅提高擴(kuò)散速度。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以Z方向切割的厚度為I. Omm的固液同成分共熔點(diǎn)配比鈮酸鋰晶體擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)為例，采用傳統(tǒng)擴(kuò)散方法，使用的富鋰原料為碳酸鋰質(zhì)量含量為27. 7%的碳酸鋰、五氧化二鈮混合粉末制成，晶片在1100°C擴(kuò)散100小時(shí)可達(dá)到近化學(xué)計(jì)量比配比，而采用本發(fā)明的方法，分別用碳酸鋰質(zhì)量含量為27. 7%和13. 0%的碳酸鋰、五氧化二鈮混合粉末制成富鋰多晶粉末A和B，同樣在1100°C擴(kuò)散約75小時(shí)即可得到同樣的結(jié)果，晶片組分達(dá)到近化學(xué)計(jì)量比配比，擴(kuò)散時(shí)間減少了 25%。(2)本發(fā)明所使用的富鋰多晶粉末A和貧鋰多晶粉末B采用熔體合成，取代了原有的固相合成方法，這樣合成的多晶粉末與待擴(kuò)散晶體不發(fā)生腐蝕反應(yīng)，裝料時(shí)可以將待擴(kuò)散晶體直接與多晶粉末接觸，無須像傳統(tǒng)的擴(kuò)散法一樣采用復(fù)雜的隔離裝置將晶體與多晶粉末隔開，極大地降低了實(shí)施的技術(shù)難度，較少貴金屬的使用也降低了擴(kuò)散法制備近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的成本。(3)本發(fā)明所使用的富鋰多晶粉末A和貧鋰多晶粉末B，均可多次重復(fù)使用。當(dāng)富鋰多晶粉末A的鋰含量過低時(shí)(低于按照碳酸鋰質(zhì)量含量23%的比例制備的富鋰多晶粉末)，與鋰含量較高的多晶粉末混合即可重新使用。而貧鋰多晶粉末B在高溫?cái)U(kuò)散過程中氧化鋰會(huì)自然揮發(fā)，貧鋰多晶粉末B可以長(zhǎng)期使用而無需更換。而原有的擴(kuò)散法所使用的富鋰原料只能使用一次或少數(shù)幾次，本發(fā)明大幅降低了擴(kuò)散法制備近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的成本。(4)由于本發(fā)明提高了擴(kuò)散速度，因此本發(fā)明不僅可以用來制備近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶片，也可以用來制備條狀、圓柱狀等近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體，拓展了擴(kuò)散法的應(yīng)用范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :(I)制備富鋰多晶粉末A :需要制備的的質(zhì)量為，按照碳酸鋰質(zhì)量含量為45%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要1350. O克高純碳酸鋰粉末和1650. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為
O.OlmnTO. 5mm的部分作為富鋰多晶粉末A。(2)制備貧鋰多晶粉末B :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為18%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要540. O克高純碳酸鋰粉末和2460. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為貧鋰多晶粉末B。(3)裝料將約1500克富鋰多晶粉末A放入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=30. OmmX 30. OmmXl. Omm的晶片(Χ、Υ、Ζ表示晶體學(xué)方向，下同)，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(4)擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1000°C，擴(kuò)散時(shí)間為4200分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 95%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。
實(shí)施例2:(I)制備富鋰多晶粉末A :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為23%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要690. O克高純碳酸鋰粉末和2310. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為富鋰多晶粉末A。(2)制備貧鋰多晶粉末B :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為18%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要540. O克高純碳酸鋰粉末和2460. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為貧鋰多晶粉末B。(3)裝料將約1600克富鋰多晶粉末A放入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成 分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=30. OmmX30. OmmX I. Omm的晶片，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(4)擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1000°C，擴(kuò)散時(shí)間為5000分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 94%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。實(shí)施例3 (I)制備富鋰多晶粉末A :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為45%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要1350. O克高純碳酸鋰粉末和1650. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為富鋰多晶粉末A。(2)制備貧鋰多晶粉末B :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為10%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要300. O克高純碳酸鋰粉末和2700. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為0. OlmnTO. 5mm的部分作為貧鋰多晶粉末B。(3)裝料將約1600克富鋰多晶粉末A放入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=30. OmmX30. OmmXl. Omm的晶片，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(4)擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1000°C，擴(kuò)散時(shí)間為4000分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 94%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。實(shí)施例4 (I)制備富鋰多晶粉末A :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為23%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要690. O克高純碳酸鋰粉末和2310. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為富鋰多晶粉末A。(2)制備貧鋰多晶粉末B :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為10%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要300. O克高純碳酸鋰粉末和2700. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作 為貧鋰多晶粉末B。(3)裝料將約1600克富鋰多晶粉末A放入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=30. OmmX30. OmmXl. Omm的晶片，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(4)擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1000°C，擴(kuò)散時(shí)間為4500分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 96%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。實(shí)施例5 (I)制備富鋰多晶粉末A :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為36%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要1080. O克高純碳酸鋰粉末和1920. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為O. OlmnTO. 5mm的部分作為富鋰多晶粉末A。(2)制備貧鋰多晶粉末B :按照碳酸鋰質(zhì)量含量為15%的比例，計(jì)算出3000克碳酸鋰和五氧化二鈮混合粉末需要450. O克高純碳酸鋰粉末和2550. O克高純五氧化二鈮粉末，然后用球磨機(jī)混合60分鐘，放入鉬坩堝中用中頻加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結(jié)晶后的多晶塊料。多晶塊料經(jīng)過粉碎，用篩子分選，取粒度為0. OlmnTO. 5mm的部分作為貧鋰多晶粉末B。(3)裝料將約1600克富鋰多晶粉末A放入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=30. OmmX30. OmmXl. Omm的晶片，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(4)擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1000°C，擴(kuò)散時(shí)間為4000分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。
經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 96%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。實(shí)施例6 (I)制備富鋰多晶粉末A :將實(shí)施例I中制備的富鋰多晶粉末A稱取500克、實(shí)施例2中的富鋰多晶粉末A稱取500克、實(shí)施例5中的富鋰多晶粉末A稱取500克，混合均勻，作為富鋰多晶粉末A。(2)制備貧鋰多晶粉末B :將實(shí)施例I中制備的貧鋰多晶粉末B稱取550克、實(shí)施例3中的貧鋰多晶粉末B稱取200克、實(shí)施例5中的貧鋰多晶粉末B稱取200克，混合均勻，作為貧鋰多晶粉末B。(3)裝料將約1500克富鋰多晶粉末A放入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=30. OmmX30. OmmXl. Omm的晶片，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(4)擴(kuò)散處理將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1150°C，擴(kuò)散時(shí)間為4000分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 96%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。實(shí)施例7:(I)將實(shí)施例I中使用過的富鋰多晶粉料A約1400克裝入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為XXYXZ=5. OmmX 5. OmmX 3. Omm的晶體塊，放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，晶片的周圍裸露的粉末用鉬金片遮蓋，然后再往坩堝中放入實(shí)施例3中使用過的貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。 (2)將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1100°C，擴(kuò)散時(shí)間為9000分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶片和下部富鋰多晶粉末A。經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶片完整無開裂，經(jīng)研磨、拋光，然后用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 92%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。實(shí)施例8 (I)將實(shí)施例7中使用過的富鋰多晶粉料A約1400克裝入直徑為IOOmm剛玉坩堝底部，將同成分鈮酸鋰晶體切割為直徑為3_、長(zhǎng)度為20_的晶體棒平放在坩堝底部的多晶粉末A的上面，用帶有3mmX20mm方孔的鉬金片遮住晶體棒周圍裸露的粉末，并使晶體棒的大約一半在鉬金片下方，然后再往坩堝中放入實(shí)施例7中使用過的貧鋰多晶粉末B，厚度約為2cm。(2)將剛玉坩堝放入高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1100°C，擴(kuò)散時(shí)間為7000分鐘。擴(kuò)散結(jié)束后，降溫，依次取出上部貧鋰多晶粉末B、晶體棒和下部富鋰多晶粉末A0經(jīng)過擴(kuò)散處理后的晶體棒完整無開裂，將晶體棒研磨成片狀，然后拋光并用顯微拉曼分析，晶片的組分[Li]/[Li+Nb] =49. 93%，非常接近化學(xué)計(jì)量配比。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，如對(duì)富鋰或貧鋰多晶粉料中各成分的含量、富鋰與貧鋰多晶粉料的質(zhì)量、以及同 成分鈮酸鋰晶體的尺寸等作出各種合理的變形例，這都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于將缺鋰鈮酸鋰晶體的一側(cè)與碳酸鋰質(zhì)量含量為239Γ45%的碳酸鋰和五氧化二鈮混合物經(jīng)升溫、熔化、降溫結(jié)晶、粉碎，得到粒度為O. OlmnTO. 5mm的富鋰多晶粉末A接觸，另一側(cè)與碳酸鋰質(zhì)量含量為10°/Γ 8%的碳酸鋰和五氧化二鈮混合物經(jīng)升溫、熔化、降溫結(jié)晶、粉碎，得到粒度為O. OlmnTO. 5mm的貧鋰多晶粉末B接觸，然后將晶體與多晶粉末一起放入坩堝中，將坩堝放入高溫爐在100(Tll5(rC溫度下進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，即可獲得近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于富鋰多晶粉末A的制備方法是，采用質(zhì)量含量為239Γ45%的碳酸鋰和余量的五氧化二鈮粉末經(jīng)過充分混合，然后升溫、熔化，再將熔體降溫結(jié)晶，結(jié)晶得到塊料通過機(jī)械粉碎，然后篩分得到粒度為O. OlmnTO. 5mm的混合顆粒，即為富鋰多晶粉末A。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于貧鋰多晶粉末B的制備方法是，采用質(zhì)量含量為109Γ18%的碳酸鋰和余量的五氧化二鈮粉末經(jīng)過充分混合，然后升溫、熔化，再將熔體降溫結(jié)晶，結(jié)晶得到塊料通過機(jī)械粉碎，然后篩分得到粒度為O. OlmnTO. 5mm的混合顆粒，即為貧鋰多晶粉末B。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將富鋰多晶粉末A放入坩堝底部，將待擴(kuò)散的缺鋰鈮酸鋰晶體放在這些富鋰多晶粉末A的上面，晶體周圍裸露的多晶粉末用鉬金片覆蓋，然后再往坩堝上部放入貧鋰多晶粉末B，無須密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，擴(kuò)散溫度為100(Tll5(TC之間，擴(kuò)散時(shí)間根據(jù)擴(kuò)散溫度和晶體的厚度進(jìn)行調(diào)整，擴(kuò)散溫度越高、晶體厚度越小需要的擴(kuò)散時(shí)間越短，反之需要的擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的缺鋰的鈮酸鋰晶體氧化鋰含量低于化學(xué)計(jì)量配比，即氧化鋰的質(zhì)量含量低于10.11%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的坩堝是剛玉坩堝或其它耐高溫且高溫下不與多晶粉末反應(yīng)的坩堝。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，鉬金片可以采用其它高溫下穩(wěn)定的材料代替，當(dāng)待擴(kuò)散晶體自身即可完全覆蓋坩堝下部的多晶粉末時(shí)，無須使用鉬金片。
全文摘要
一種近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的制備方法,包括將碳酸鋰質(zhì)量含量為23%~45%的碳酸鋰和五氧化二鈮混合物經(jīng)升溫、熔化、降溫結(jié)晶、粉碎，得到富鋰多晶粉末A，將A裝入耐高溫的坩堝下部；把待擴(kuò)散的缺鋰鈮酸鋰晶體放置在A上，晶體周圍裸露的A用鉑金片覆蓋；再用碳酸鋰質(zhì)量含量為10%~18%的碳酸鋰和五氧化二鈮混合物經(jīng)升溫、熔化、降溫結(jié)晶、粉碎，得到貧鋰多晶粉末B，將B裝入坩堝上部；然后將坩堝在高溫爐中加熱進(jìn)行擴(kuò)散處理，擴(kuò)散溫度為1000~1150℃，擴(kuò)散時(shí)間根據(jù)擴(kuò)散溫度和晶體的厚度確定，擴(kuò)散溫度越高、晶體厚度越小需要的擴(kuò)散時(shí)間越短，反之時(shí)間越長(zhǎng)。經(jīng)過擴(kuò)散處理后，可以獲得高質(zhì)量的近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體。
文檔編號(hào)C30B1/10GK102689927SQ20121020308
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者孔勇發(fā), 孫軍, 張華 , 張玲, 李威, 楊金鳳, 許京軍 申請(qǐng)人:南開大學(xué)